CN102025545A - 用于CANopen网络的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于CANopen网络的控制系统，包括。本发明提供的用于CANopen网络的控制系统，通过CANopen配置管理模块、CANopen总线管理模块和CANopen节点管理实现CANopen网络中的节点数量及节点通信数据量的定制，能够灵活配置CANopen网络中的节点数量及每个节点的通信能力，在有限的COB-ID资源下大大提高了CANopen网络管理的灵活性，优化了单个的节点的数据传输能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种网络控制系统，尤其涉及一种用于CANopen网络的控制系统。
背景技术
现场总线是当今自动化领域发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。现场总线用于构成工厂底层控制网络，使系统具有开放性，设备间具有互可操作性。功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。同时控制功能被下放到现场设备使整个控制系统的结构具有很大的离散性。它作为工业数据通信网络的基础，沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。这导致了自动化系统结构和设备的深刻变革。而将现场总线应用到控制器中实现工业设备的网络化控制是工业领域近几年来大力发展的方向。网络化控制器也将成为未来控制器的主要应用形式。
目前市场上实现网络化控制的控制器有多种多样，使用的协议也有很多种。CANopen协议做为一种现场总线通讯协议具有简单，高效，组网方便，实时性好等特点，在欧洲被广泛的采用，已经广泛运用在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
由于CANopen协议的广泛的应用，CANopen协议的产品和设备越来越多，如远程I/O模块，变频器，数据采集模块，通信单元，伺服系统，终端设备等等。根据CANopen协议的特点，CANopen网络的运行需要一个CANopen的主设备来管理各个远程设备并与之通信。CANopen主设备的实现一般都在大中型可编程控制器设备上成本高，配置麻烦，通信数据量与通信节点数目固定。而随着CANopen设备的广泛应用，对小型化，轻量化的以及灵活管理的CANopen网络的应用要求就更加明显。特别是在通信数据量上的灵活性要求更加显著。
而随着网络化控制的发展，对底层现场设备的网络化控制要求也越来越高。CANopen协议在现场设备的中不仅能够保持良好的实时性还能传输较大的数据量。另外CAN总线的抗干扰性和传输距离上都有非常大的优势，使得CANopen在复杂环境，工业现场中的有着极高的应用前景。因此其市场前景及未来应用的发展趋势非常好。
在当前的CANopen主站的实现方法中，如发明CN200810056824.5，只是实现了CANopen主站的功能。但在实际应用中，由于CANopen协议中预定义COB-ID(Communication Object Identify)的限制，使得CANopen网络的容量及单个节点的通信数据量即PDO(Process Data Object)数量都是固定，使得CANopen设备数量和通信数据量上都很受限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于CANopen网络的控制系统，能够灵活配置CANopen网络中的节点数量及每个节点的通信能力，在有限的COB-ID资源下提高了CANopen网络管理的灵活性，优化单个的节点的数据传输能力。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种用于CANopen网络的控制系统，包括系统管理模块：管理整个系统各个模块的运行、故障、出错处理，为所有模块数据交换及通信提供通道；控制器程序管理模块：管理控制器中的逻辑程序，维护及接受用户程序的下载与更新；控制器程序运行模块：读取保存的用户编写的控制器程序，运行并更新输入输出及内部数据；数据管理模块：管理所有控制器数据，包括本地、扩展模块及CANopen网络中的所有配置好的远程数据；CANopen配置管理模块：接收由外部软件配置好的CANopen网络配置数据，配置的过程中，根据需要调节CANopen网络中的节点数量及节点通信数据量，在不同的节点数量及节点通信数据量的情况下分配所需要的COB-ID；CANopen总线管理模块：监控CANopen总线运行情况并报告错误及错误处理；CANopen节点管理模块：根据配置过后的CANopen网络管理各个节点运行状态，维护各个节点的运行；CANopen运行管理模块：在CANopen协议的运行状态下完成CANopen协议中的数据交换。
上述的用于CANopen网络的控制系统，其中，所述CANopen配置管理模块提供的配置参数包括当前网络最大节点数量及每个节点最大通信的PDO数量、从设备通信参数及映射参数和远程数据在本地的映射。
上述的用于CANopen网络的控制系统，其中，所述CANopen总线管理模块定时检测节点状态，并向所述CANopen节点管理模块传递错误节点编号与状态，向所述系统管理模块传递错误状态。
上述的用于CANopen网络的控制系统，其中，所述CANopen节点管理模块接受系统管理模块传递的错误节点编号并循环配置所有未配置成功的节点。
上述的用于CANopen网络的控制系统，其中，所述CANopen运行管理模块处理同步PDO、异步PDO和其他SDO消息。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的用于CANopen网络的控制系统，通过CANopen配置管理模块、CANopen总线管理模块和CANopen节点管理实现CANopen网络中的节点数量及节点通信数据量的定制，能够灵活配置CANopen网络中的节点数量及每个节点的通信能力，在有限的COB-ID资源下大大提高了CANopen网络管理的灵活性，优化了单个的节点的数据传输能力。
附图说明
图1为本发明用于CANopen网络的控制系统硬件平台结构示意图；
图2为本发明控制器与CANopen网络连接图；
图3为本发明系统模块结构框图；
图4为本发明的CANopen配置管理模块实现流程图；
图5为本发明的CANopen总线管理模块实现流程图；
图6为本发明的CANopen节点管理模块实现流程图；
图7为本发明CANopen运行管理模块实现流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明用于CANopen网络的控制系统硬件平台结构示意图；图2为本发明控制器与CANopen网络连接图。
请参见图1和图2，本发明的控制器的硬件部分可以采用现有的单片机，主要分为以下几个部分：CPU，存储器，电源，通信接口，I/O接口。本发明的控制器把多个CANopen设备通过CANopen网络接连并管理，提供一种低成本，轻量化的可将CANopen网络的远程数据和本地数据集成在一起完成逻辑控制。网络化控制器可以实现逻辑控制，并可以将多个CANopen设备连接成网络，配置管理远程CANopen设备，通过逻辑程序实现本地及远程设备的控制。网络化控制器所管理的CANopen网络可以通过配置软件根据需要，灵活配置CANopen网络中的节点数量及每个节点的通信能力，在有限的COB-ID资源下大大提高了CANopen网络管理的灵活性，优化了单个的节点的数据传输能力。
图3为本发明系统模块结构框图。
请参见图3，本发明控制器系统模块包括系统管理模块、控制器程序管理模块、控制器程序运行模块、数据管理模块、CANoepn配置管理模块、CANopen总线管理模块、CANopen节点管理模块、CANopen运行管理模块和外部通讯模块。
各模块的具体实现如下：
系统管理模块：管理整个系统各个模块的运行、故障、出错处理，为所有模块数据交换及通信提供通道。
控制器程序管理模块：管理控制器中的逻辑程序，维护及接受用户程序的下载与更新。
控制器程序运行模块：读取保存的用户编写的控制器程序，运行并更新输入输出及内部数据。
数据管理模块：综合管理所有控制器数据，包括本地，扩展模块，及CANopen网络中的所有配置好的远程数据，采用分区与配置综合的方法分配与管理。
CANopen配置管理模块：接收由外部软件配置好的CANopen网络配置数据，配置的过程中，可根据需要调节CANopen网络中的节点数量及节点通信数据量，在不同的节点数量及节点通信数据量的情况下分配要所需的COB-ID，以优化CANopen通信能力。本控制器在CANopen标准协议下预定义的COB-ID中调整，可以在不破坏协议标准的情况下完成通信配置，方便实现单节点大数据量通信打破原有限制。
上述CANopen配置管理模块提供的配置参数包括当前网络最大节点数量及每个节点最大通信的PDO数量、从设备通信参数及映射参数和远程数据在本地的映射。如图4所示，该模块实现分为以下几个步骤：1）在上位机建立配置工程；2）选择当前网络最大节点数量及每个节点最大通信的PDO数量；3）添加CANopen从设备；4）配置从设备通信参数及映射参数；5）配置远程数据在本地的映射；6）本地逻辑编程；7）下载运行。
CANopen总线管理模块：监控CANopen总线运行情况并报告错误及错误处理。如图5所示，所述CANopen总线管理模块定时检测节点状态，并向所述CANopen节点管理模块传递错误节点编号与状态，向所述系统管理模块传递错误状态。
CANopen节点管理模块：根据配置过后的CANopen网络管理各个节点运行状态，维护各个节点的运行。如图6所示，该CANopen节点管理模块接受系统管理模块传递的错误节点编号并循环配置所有未配置成功的节点。
CANopen运行管理模块：在CANopen协议的运行状态下完成CANopen协议中的数据交换。如图7所示，该CANopen运行管理模块处理同步PDO、异步PDO和其他SDO(Service Data Object)消息。
外部通信模块：完成与配置软件及编程软件的通讯，数据下载等。
综上所述，本实发明提供了一种可管理CANopen网络的控制系统，它在拥有基本的逻辑控制功能的基础上，能够配置，管理CANopen网络中的多个支持CANopen协议的设备并与之通信交换数据实现远程控制。根据CANopen协议的特点，CANopen网络在配置好后进行数据传输的过程中，使用的预定义的COB-ID(Communication Object Identify)资源是有限的，传统的CANopen网络管理或者是CANopen主站模块在管理CANopen网络时，根据网络中节点的数量对COB-ID的分配是固定的。这样就及大限制了对网络设计与使用的灵活性。本发明采用了一种对主站的配置方法，可以根据CANopen网络的实际应用范围灵活更改COB-ID的分配方法和网络内支持最大节点的数量，实现CANopen通信节点的通信数据量和能力的优化。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (5)
1.一种用于CANopen网络的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
系统管理模块：管理整个系统各个模块的运行、故障、出错处理，为所有模块数据交换及通信提供通道；
控制器程序管理模块：管理控制器中的逻辑程序，维护及接受用户程序的下载与更新；
控制器程序运行模块：读取保存的用户编写的控制器程序，运行并更新输入输出及内部数据；
数据管理模块：管理所有控制器数据，包括本地、扩展模块及CANopen网络中的所有配置好的远程数据；
CANopen配置管理模块：接收由外部软件配置好的CANopen网络配置数据，配置的过程中，根据需要调节CANopen网络中的节点数量及节点通信数据量，在不同的节点数量及节点通信数据量的情况下分配所需要的COB-ID；
CANopen总线管理模块：监控CANopen总线运行情况并报告错误及错误处理；
CANopen节点管理模块：根据配置过后的CANopen网络管理各个节点运行状态，维护各个节点的运行；
CANopen运行管理模块：在CANopen协议的运行状态下完成CANopen协议中的数据交换。
2.如权利要求1所述的用于CANopen网络的控制系统，其特征在于，所述CANopen配置管理模块提供的配置参数包括当前网络最大节点数量及每个节点最大通信的PDO数量、从设备通信参数及映射参数和远程数据在本地的映射。
3.如权利要求1所述的用于CANopen网络的控制系统，其特征在于，所述CANopen总线管理模块定时检测节点状态，并向所述CANopen节点管理模块传递错误节点编号与状态，向所述系统管理模块传递错误状态。
4.如权利要求1所述的用于CANopen网络的控制系统，其特征在于，所述CANopen节点管理模块接受系统管理模块传递的错误节点编号并循环配置所有未配置成功的节点。
5.如权利要求1所述的用于CANopen网络的控制系统，其特征在于，所述CANopen运行管理模块处理同步PDO、异步PDO和其他SDO消息。
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